An evaluation of the benefits of simulator trainings for pilots by using physiological measurements

Abstract

Simülasyon Teknolojisi, güvenlik açısından diğer kritik sanayilere nazaran havacılık endüstrisinde daha çok kullanılan bir teknolojidir. Önceleri simülatörler, havacılık eğitimlerinde yalnızca alet eğitimleri (lövye, dümen ve aviyonik cihazların eğitimi) amacıyla kullanılmaktaydı. Günümüzde ise, havacılık eğitiminin büyük bir kısmı (özellikle yeni çok-mürettebatlı pilot lisans eğitiminin) simülasyon tabanlı uçuş eğitimine dayanır. Bunun en önemli sebebi etkili eğitimin alınması gibi gözükse de; temel sebep para, zaman ve insan hayatının kurtarılmasıdır.Askeri amaçlı kullanımının yanı sıra sivil amaçlı kullanımlarda da pilot eğitimlerinde tam uçuş simülatörünün önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu tez pilotların yeni nesil simülatörlerde gördükleri eğitimler sırasında bilişsel durumlarında gerçekleşen değişimleri izlemek için hazırlanmıştır. Bu amaçla eğitimler sırasında pilotların kalp hızlarına ait verileri toplanmış ve bu very kullanılarak pilotun bir arıza ile karşılaştığında duyduğu endişede değerlendirilmiştir.Bu tez çalışmasında en gelişmiş teknoloji ile tasarlanmış ve imal edilmiş bir simülatör kullanılmıştır. Simülatör, gerçek bir uçaktaki dinamik etkilerin üretilmesine olanak sağlayan bir kokpite sahiptir. Bu simülatörde farklı uçuş saatlerine sahip pilotlar üzerinde testler uygulanmıştır. Deneyler esnasında 6 tecrübeli pilot, 8 tecrübesiz pilot ve 3 pilot adayından veriler toplanmıştır. Bu kapsamda, nicel veriler simülatörlerde kullanılan fizyolojik test metodlarından biri olan kalp atış hızı ölçümü ile elde edilmiştir. Toplanan ham veri önce MATLAB sinyal işleme araç kutusunda bulunan farklı filtreler ile işlenmiştir. Buveri seti filtreleme işlemini takiben istatistiksel olarak da değerlendirilmiştir. Yapılan analiz, yeni pilotlar ile tecrübeli pilotların bozucu etkiler ile karşılaştıklarında verdikleri tepkilerdeki farkın gözlemlenmesine olanak sağlamıştır. Elde edilen sonuçlar, simülatörlerin pilot uçuş eğitimi süreçlerine katkılarını ve farklı arızaların pilotların bilişsel durumlarına etkisini göstermiştir. Uçuş simülatörlerinde kazanılan tecrübenin sonucunda pilotların gerçek uçuşta karşılaştıkları tehlikeli durumlarda daha az endişe duymaları beklenmektedir. Bu çalışmanın önümüzdeki yıllarda hedeflenen, nörofizyoloji temelli ve pilot-merkezli yeni nesil akıllı simülatörlerin geliştirilmesi için tetikleyici olacağı ümit edilmektedir.Anahtar Kelimeler: tam uçuş simülatörü, bilişsel durum, dinamik etki, fizyolojik test metodu, kalp atış hızı ölçümü, sinyal işleme, endişe, bozucu etki

Simulation technology in the aviation industry is more critical than other technologies used in safety-critical industry. Previously, simulators in aviation training were used in order to train instrumentations (sticks, rudder and avionic instrument training). Today, a large part of aviation training (especially the new multi-crew pilot license training) is mostly based on the simulation of flight training. Although it seems that the most important reason for this is taking an effective training; the main reason is to save money, time and people's life.The importance of full flight simulators in pilot trainings is increasing day by day for military use as well as civil use. This thesis is prepared to monitor changes that occur in cognitive status of pilots during the training received in a new generation simulator. For this purpose, heart rate data of the pilots are collected during the trainings and using this data anxiety of a pilot when faced with a malfunction is evaluated.The simulator which is used in this thesis is designed and constructed with high technology. It includes a simulated cockpit which enables to generate dynamic effects of a real aircraft. In this simulator, tests were performed on pilots having different flight hours. During the experiments, measurement data was collected from 6 experienced pilots, 8 inexperienced pilots and 3 candidate pilots. With this context, quantitive data were obtained by heart rate measurement method which is one of the physiological test methods used in the simulators. The collected raw data is first processed by using different filters available in MATLAB signal processing toolbox. Following the filtering process, this data set is also evaluated statistically. The data analysis enabled us to observe the difference between the response of new pilots and experienced pilots when faced with disruptive effects. Obtained results showed the impact of simulators on the process of pilot training and the effects of different malfunctions in the cognitive status of the pilot. It is expected that as a result of the experience gained in flight simulators, pilots would feel less anxious when they face dangerous situations in a real flight. It is hoped that this study would trigger the development of neurophysiology targeted and pilot-centered new generation intelligent simulators in the coming years.Key Words: full flight simulator, cognitive status, dynamic effect, physiological test method, heart rate measurement, signal processing, anxiety, disruptive effect